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Cromatografía de Gases
• En la cromatografia de gases (GC), la muestra se vaporiza y se
inyecta en la entrada de la columna.La elusion se efectúa con un
gas inerte (He) o no reactivo respecto de la muestra (N2 o H2).
• La fase mobil no interactúa con el analito, solo lo lleva. El
analito pasa a la fase movil por su presión de vapor, que es
funcion de la temperatura y de la afinidad que tenga por la fase
estacionaria.
• La fase estacionaria es un sólido, donde el analito se adsorbe o
mas comunmente una capa fina de liquido sobre un soporte
sólido donde se disuelve el analito.
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El gas carrier
El gas carrier suele ser He, H2 o N2. Viene normalmente en un
tubo a presion (150 atm) que se conecta con reguladoras de
presión, valvulas aguja (de caudal) y medidores de presión y de
flujo. Se le suele poner un filtro con tamiz molecular para
eliminar el agua y alguna impureza que el gas pueda tener.
N2
He
H2
• Lo mas comun es inyectar con una jeringa dentro de un septum
de goma o silicona, pero tambien se usan llaves de 6 vias como
las de HPLC que tienen mayor repetibilidad que una jeringa.
Sistema de inyección
• la inyección debe ser rápida y ocupar lo menos posible en el
inicio de la columna (como cuando se siembra en una capa bien
fina en una columna separativa manual).
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Sistemas de inyección
Hay 3 tipos basicos de inyeccion:
• Sin división (non split)
• Con división (split injection)
• Directa o en columna (column injection)
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Para bajas relaciones de division (splitting), las
areas se vuelven no lineales y no se puede
cuantificar bien.
http://www.sge.com/support/training/injection
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Ventajas y desventajas:
La inyeccion con division sirve para analitos en concentracion
apreciable, ya que diluye mucho la muestra. Es la que da los picos
mas finos y la mejor separacion. Mal limite de detección y baja
repetibilidad para analisis cuantitativo.
La inyeccion sin division es para analitos en muy baja
concentracion y no diluye la muestra. Baja repetibilidad. Baja
separacion, y si no se tiene cuidado con al atrapamiento del
disolvente enfriando el inicio de la columna, los picos salen muy
anchos.
La inyeccion directa en columna es la mejor para cuantificar (no
se pierde analito). También hay que atrapar el disolvente.
Util cuando no se puede calentar el analito por descomposicion.
La calidad de separacion es intermedia.
Tipos de columnas
• hay dos tipos básicos de columnas: las
empaquetadas (partículas dentro de la
columna como en HPLC) y las
capilares o abiertas, que solo tienen
fase estacionaria en la superficie
interior.
• Las longitudes varían entre 2 y 100m.
Se hacen de acero inoxidable, de vidrio,
de silica fundida y de teflon. Suelen
venir enrolladas para que entren dentro
del horno del equipo de CG.
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Columnas empaquetadas
Se hacen de vidrio, acero inoxidable, cobre, aluminio o teflon.
Tienen 2-3 metros de largo y diametros interiores de 2 a 4 mm.
Estan llenas de un soporte solido recubierta por una capa fina
(0.05 - 1 µm) de la fase estacionaria líquida.
Tienen baja separacion, pero admiten mucha cantidad de
muestra. Se van usando cada vez menos a medida que las
capilares se hacen mejores.
Tipos de columnas abiertas (capilares)
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Comparacion entre tipos de columnas
La fase estacionaria
Salvo en las columnas tipo PLOT, que son solamente sólidas, la
fase estacionaria es in liquido que esta cubriendo al soportesólido.
Esa fase líquida debe tener las siguientes propiedades:
(1) baja volatilidad (punto de ebullición al menos 100oC mas altoque la maxima temperatura de la columna.
(2) estabilidad térmica y química.
(3) no “sangrar” de su soporte sólido, para lo cual se suele unircovalentemente al soporte mediante alguna reacción.
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La fase estacionaria
Para separar diversos componentes, se usan fasesafines con los analitos a resolver: “lo similar disuelvelo similar”.
• Las fases polares tienen grupos funcionales como
–CN, -CO- and –OH. Las no polares son de tipo
hidrocarburos o dialquilsiloxanos.
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El horno
• La temperatura de la columna debe ser posible de
cambiar a voluntad, en lo posible de forma
programada. La programacion de temperatura variable
puede usarse para mejorar la separacion, como los
gradientes de solventes en HPLC.
• Una temperatura apenas arriba del promedio de los
puntos de ebullicion de la muestra suele dar tiempos
de elusion razonables (2-30 min). Para muestras con
analitos de rango amplio de volatilidad casi siempre
hay que usar temperatura programada.
Detectores para GC
El detector ideal tiene:
1. Buena sensibilidad
2. Buena estabilidad y reproducibilidad.
3. Respuesta lineal de varios ordenes de
magnitud.
4. Rango de temperaturas de 25oC a 400 oC.
Ningun detector es ideal !
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Flame Ionization Detectors (FID)
El detector de ionizacion en llama es el mas
ampliamente usado. Se aplica a casi todas las muestras.
• La salida de la columna se mezcla con aire (y si es necesario
H2) y se enciende mediante una chispa.
• La mayoria de los compuestos orgánicos producen iones y
electrones al ser pirolizados con la llama de H2/aire,
aumentando la conductividad de la llama que se mide con una
fuente de alta tensión.
• Los carbonilos y carboxilos no producen casi iones, y por lo
tanto no se ven, bajando la sensibilidad para cetonas, aldehidos
y acidos carboxilicos.
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Flame Ionization Detectors (FID)
• Se aplica un potencial de 100-500 volts en la llama producida
que contiene el analito.
• Se mide la corriente en la llama (~10-12 A).
• El detector FID tiene alta sensibilidad (~10-13 g/s), amplio
rango lineal (~107), y bajo ruido.
• Es destructivo para la muestra.
Thermal Conductivity Detectors(TCD)
El detector mas universal y uno de los mas antiguos es el de
conductividad termica.
• El elemento sensor es una resistencia calefactora chiquita, que
disipa su energia en el gas que va saliendo. Si la conductividad
termica aumenta por la presencia de algun analito en el gas, la
temperatura en la resistencia baja, y se detecta el analito.
• Para la resistencia se usa un alambre de Pt, Au, W o un termistor
NTC de semiconductor.
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Thermal Conductivity Detectors(TCD)
• La ventaja es la universalidad (detecta todo) y la simplicidad.
Gran rango dinámico (~105), y que no es destructivo, asi que se
pueden colocar otros detectores detras o hasta colectar la
muestra (GC preparativa).
• La desventaja es que tiene baja sensibilidad (~10-8 g/mL de gas
carrier ), de 104 a 107 veces menos que otros detectores.
• Esta sensibilidad la mayoria de las veces no alcanza para usarse
con una columna capilar fina.
Thermal Conductivity Detectors(TCD)
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Electron-Capture Detectors(ECD)
• El detector de captura de electrones se volvio uno de los mas
usados en muestras ambientales porque detecta selectivamente
compuestos con halógenos, como pesticidas y PCBs.
• La salida de la columna pasa cerca de un emisor de partículas β,
usualmente niquel-63. Esto causa la ionización del gas carrier y
la produccion de muchos electrones secundarios. En ausencia de
analito estos electrones producen una corriente electrica
constante de fondo. La corriente disminuye fuertemente em
presencia de substancias orgánicas, que pueden capturar
electrones.
• El ECD es selectivo hacia analitos que
contengan grupos fuertemente
electronegativos como halogenos,
peroxidos, quinonas y grupos nitro.
• No detecta grupos funcionales como
aminas o alcoholes.
• Se usa mucho para detectar insecticidas
clorados.
difusoraislador
fuente
radiactiva
Electron-Capture Detectors(ECD)
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Atomic Emission Detectors (AED)
En el detector de emisión atómica la salida de la columna se
coloca en un plasma de helio energizado a microondas que lo
calienta hasta atomizarlo y emitir luz. la luz se colecta con un
espectrofotometro de matriz de diodos.
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Thermionic Detectors (TID)
El detector termoiónico tambien llamado “de llama alcalina” es
un FID modificado poniendole una bolita de vidrio que contiene
RbSO4. Su respuesta a atomos de P y N esta aumentada de 104 a
106 veces respecto a C.
Comparado con un FID normal, es 500 veces mas sensible a
compuestos conteniendo P y 50 veces mas para compuestos
conteniendo N. Eso lo hace muy util para detectar medicamentos,
pesticidas y herbicidas que suelen tener estos elementos.
Obviamente, no se puede usar N2 como gas carrier.
Análisis cualitativo
La CG se usa mucho como criterio de pureza de compuestos
orgámicos. Los contaminantes aparecen como picos adicionales.
Las areas bajo los picos dan una estimacion gruesa de la cantidad
de contaminacion presente.
Tambien se usa para evaluar procedimientos de purificación y de
avance de reacciones.
Los tiempos de retencion tR son utiles para la identificacion de
compuestos incognita presentes en una muestra, pero es preferible
usar para informar los indices de retencion.
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El indice de retencion
El indice de retencion I fue propuesto por Kovats para identificar
analitos en un cromatograma.
Se basa en el hecho de que existe una relacion entre el logaritmo
del tiempo de retencion tR y el numero de carbonos de una
molecula en una serie análoga.
Como estandar se usa la serie de los n-alcanos. El hexano tiene
(convencion) I=600, el heptano I=700, el nonano I=900, etc.
El I de un compuesto cualquiera se determina encerrandolo entre
dos alcanos y aplicando la formula:
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Ventaja:
Mientras que los tiempos de retención son muy variables
de acuerdo a la columna y temperaturas empleadas los
indices de retencion son bastante independientes de las
condiciones de la cromatografía.
Esto permite que existan tablas de Indices de retencion
para miles de compuestos que facilitan la identificacion
de incognitas. Por supuesto, NO ES INFALIBLE ni es
una prueba determinante de identidad quimica.
Análisis cuantitativo
Como en HPLC, la señal del detector se puede usar para
cuantificar. Mediante un procedimiento cuidadoso se logra 1%
de exactitud y buena repetibilidad.
La mejor medida de la cantidad de analito es el area bajo la
curva. La integracion se hace normalmente con computadora
(estos conceptos se ven en el laboratorio).
Dado que la inyección suele tener poca repetibilidad, es
conveniente usar un estandar interno.
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Interfase con espectrometro de masa
La cromatografia de gases es muy adecuada para ser acoplada a
un MS. De esta forma se tiene una identificacion quimica de la
molecula. El uso de indices de retencion + espectroscopia de
masa da mucho fundamento para establecer la naturaleza del
analito, permitiendo de una vez hacer un analisis cuali-
cuantitativo completo.
